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1、金属热态成型传输原理课程论文最终成绩论文题目热量传输在金属材料工程中的应用学院材料科学与工程年级2012级专业材料类学生姓名学号指导教师佳木斯大学热量传输在金属材料工程中的应用摘要：随着现代科学技术的发展，金属材料发挥的作用越来越越重要，对金属材料的研究也越来越深入，在对金属材料的研究中不得不说热量传输在金属材料工程中的应用，其中热分析技术是一种重要的研究方法，而且这种方法也得到了人们的日益关注，在研究中也得到了人们广泛的使用。关键词：热量传输；金属材料；关系；应用；趋势Application of heat transfer in metal material engineeringAbst
2、ract: with the development of modern science and technology, more and more metal materials play more important, study on the metal materials are more and more in-depth, in the study of metal materials to applied heat transfer in metal material engineering, the thermal analysis technique is an import
3、ant research method, but this method is get peoples attention increasingly, has been used widely in the study.Keywords: heat transfer; metal materials; application; trend0 引言材料的发展与社会的进步有着密切的关系，它衡量人类社会文明程度的标志之一，金属材料是现代文明的基础。从人类的起源开始，古人就发现金属材料的优良性能，并把它们制成各种工具使用，金属材料在人类社会发展的过程中越来越重要，而且需求量越来越大，金属资源已经出现了
4、短缺现象。目前，人类还处在金属器时期，虽然无机非金属材料、高分子材料的使用量与日俱增，但在可以预见的未来，这种情况不会改变。1热分析技术在金属材料研究中的应用热分析技术是记录样品在加热或冷却过程中的时间一温度关系曲线, 以表征物质在加热过程中的物理和化学性质及其量的变化1。热分析仪自问世以来，已经在金属及其合金的研究中的到广泛的使用，热分析仪的更新换代使得热分析方法有了迅速的发展.特别是近几年来热分析仪的“计算机化” , 把热分析技术提高到一个更新的高度。目前热分析技术应用的范围在逐渐扩大, 已渗透到物理、化学、化工、石油、冶金、地质、建材、纤维、塑料、橡胶、有机、无机、低分子、高分子、食品、
5、地球化学、生物化学等各个领域中闹。已成为科学技术研究和工业生产中的重要的理化分析手段1.1热分析原理及实验装置热分析如果从形式上可分为普通热分析和示差热分析。普通热分析就是将研究式样放在炉子中平稳加热（或冷却）记录其温度时间曲线。对其曲线进行一些处理得出所要的结果，该方法适用于一些在转变过程中有较大热量变化的材料。微分法热分析和双热电偶法热分析经常被使用，考虑到普通热分析有一定的局限性，所以通常采用示差热分析方法来提高实验的灵敏性。示差热分析又称差热分析（DTA）。在相同的条件下进行该分析时, 把研究的样品( 试样) 和一个参考样品( 标样)进行匀速升温( 或降温), 利用差值热电偶记录两者的
6、温差T随温度( 时间) 变化曲线, 即为刀, 通曲线图. 如果T=0，DTA曲线为一条水平线,称为基线; 如果T0，DTA曲线上就有一明显的热效应峰1。因为差热分析是动态的存在热滞效应，所以可以采用“外推法”来确定转变温度。差热分析装置中加热炉的温度要求均匀，这样能匀速升高温度；示差热电偶的热电性能要好，不能与其他的物质反应；控温系统要灵敏。2 金属材料退火孪晶控制及应用退火孪晶是一个低级错误可以面心立方金属变形再结晶退火后由常见的组织形式, 正常条件下的热淬火、研究过热和控制在实际生产的金属晶粒长大有现实意义2。退火孪晶可分为三个典型的退火孪晶形式:晶界的退火孪晶,通过完整的退火孪晶晶粒,
7、结束在晶体内的一端,不完全退火孪晶结束在孪晶界带,大多数人认为退火孪晶在晶粒生长的过程中形成, 出现一共格的孪晶界并随之而在晶界角处形成退火孪晶。2.1 退火孪晶的形成机制退火孪晶在晶粒生长过程中形成的,当晶粒通过晶界移动而生长时,原子层在晶界角在堆垛顺序的意外障碍, 退火孪晶是运动的大角度晶界2。在成长的过程中,如果原子在一个孪晶带, 恢复原来的表面发生错误的叠层顺序, 就形成第二个共格孪晶界构成了孪晶带。晶粒生长是一个复杂而有规律的过程。横向形成机制是层错, 该机制适用于“穿晶型”退火孪晶, 延长而增加加热温度和保温时间,奥氏体晶粒尺寸由大角晶界迁移的增长2。在迁移过程中,在热应力的作用下
8、, 如果有抵抗的粒子很容易那么晶界的形成层表面堆积序列发生在断层, 断层性质就相当于一个原子的双胞胎。稳定的双核心位置很重要,在长大的大角度晶界成长的过程中运,如果发生错误的在堆原子的表面发生错误的,恢复原始的叠层顺序,并形成一个错层,就形成了一完整的穿晶型退火孪晶, 这就是退火孪晶晶粒的横向形成机。纵向形成机制的本质是不全位错按极轴机制的运动, 该机制常用于“中止型”退火孪晶,中止型退火孪晶是不连贯的孪晶,横向相干的孪晶面和结束时的晶界。接口可以通过双接口和大角度晶界迁移的方式增长2。不完全脱位是根据机制的极轴运动,退火孪晶继续成长,各种各样的新思想、新观念和新技术层出不穷,其应用领域不断扩
9、大,多晶材料在开采过程中不断显示巨大的潜力, 不但合金的整体性能得到改善, 而且是使抗晶界失效性能得到改善的有效途径, 这就是退火孪晶晶粒的纵向形成机制。2.2 金属材料退火孪晶控制及应用金属材料退火孪晶的应用都是根据其作用,作用主要是改善金属特性,从而达到让材料更加优质地服务人类生活的目的。退火孪晶的形成, 使原来的粗大奥氏体晶内型退火孪晶晶粒细化, 悬挂式退火孪晶是因为“分裂”的影响破坏完整性的原始奥氏体晶粒尺寸2。两个退火孪晶是增加数量的原始奥氏体晶界, 在接下来的缓慢冷却或加热平衡组织变化和新阶段将增加数量的成核, 可以使晶粒尺寸细化。因为细化晶粒的有效改变金属材料特性使金属材料的应用
10、更广泛。3 建筑金属材料与热处理工艺关系的探讨因为充分合理利用金属资源可以提高金属材料的利用效率，所以在建筑金属材料的使用过程中，需要在加强热处理工艺在金属材料中的应用倍加重视，规范好金属材料的加工处理工艺，尽量让材料得到充分的应用。如果不能够对建筑金属材料进行正确的热处理工艺进行处理的话，不但会对材料的机械性能造成不良影响，而且严重时还会破坏材料的原有性能，因此金属材料的retail处理至关重要，我们必须要重视。3.1 建筑金属材料的切削性能与热处理预热的关系为了利用好建筑金属材料的固有价值，一般情况下都需要对金属材料进行热处理工艺加工，科学有效的热处理在提高金属材料的基本性能的同时还可以提
11、高产品的质量。在金属材料进行切削的过程中，由于各种金属材料的基本性能、金属的硬度、金属材料的切削环境和条件等具有很大的差异性，因此各种材料的切削效果也不尽相同。热处理的预热处理对象主要是各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品消除冶金及热加工过程产生的缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态。因此可以对于部分金属材料进行预热的热处理，在很大的程度上保证材料的切削性能和提高加工的精度，避免材料质量问题。齿坯材料切削处理之后的齿坯材料，一般由于齿坯的硬度不够而会出现粘刀现象，粘刀现象会形成一定的积屑会降低加工零件光的滑度，不利于加工零件正常加工3。如果选择正火和不完全淬火的热处理工艺综合使用，可以
12、使切屑从带状向挤裂多渡，在保证了加工材料的光滑程度，还可以使粘刀现象减少，使金属材料的切削性能提高。3.2 建筑金属材料的切变模量与热处理温度的关系金属材料的热处理是一种在特定条件下对于金属材料进行加热、保温、冷却处理的工艺，它主要是通过改变材料表面或内部的金相组织结构来达到控制材料基本性能的目的。热处理的温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，也是保证材料基本性能的关键，因此对于保证材料的相关强度、韧性等发挥着重要的作用3。衡量金属材料性能的主要指标之一是切变模量，受到剪切应力之后的金属材料会发生一定的形变，在弹性形变范围之内的切应力与切应变之间的比值就是金属材料的切变模量3。切变模量可以很好地
13、体现材料的切应变的抵抗力，一般情况下对于金属材料，切变模量越大金属材料的刚性就越强。热处理后的金属材料一些性能发生改变的同时切变模量也会改变。原子间作用力的大小决定了材料弹性模量，而原子间的作用力又和材料的结构、温度、性质等有关，在材料经过热处理之后，材料的基本结构、性质产生就会受到影响，所以就会使原子作用力发生变化，材料弹性模量也会发生变动。3.3 建筑金属材料的断裂韧性与热处理温度的关系断裂力学的出发点是，任何材料实际都含有不同数量、不同尺寸的裂纹。断裂韧性实际可以理解为含有裂纹的材料在外力作用下抵抗裂纹扩展的性能3。提高金属断裂韧性的关键是要减少金属晶体中位错，使金属材料中的位错密度下降
14、，从而提高金属强度。细晶强化是减少金属晶体中位错的一种重要方法，其原理是通过细化晶粒使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移从而提高材料强韧性。3.4 建筑金属材料抗应力腐蚀开裂与热处理应力的关系金属材料的应力腐蚀开裂是指材料在特殊的环境下受到了一定的拉伸作用力的影响，同时又受到了周围恶劣环境的腐蚀，材料所发生的断裂和损坏3。而金属材料的受热之后，材料内部的结构和相关性质就会发生一定的变化，因此也会增强金属材料的热处理应力。金属材料在拉伸应力和特定腐蚀环境共同作用下发生的脆性断裂破坏称为应力腐蚀开裂。大部分引起应力腐蚀开裂的应力是由残余拉应力引起的。残余应力是金属在焊接过程中产生的。金属在加热时，以及
15、加热后冷却处理时，改变了材料内部的组织和性能，同时伴随产生了金属热应力和相变应力。4 深冷处理在金属材料中的应用深冷处理是常规冷处理的延伸, 是以液氮为制冷剂在低于- 130的温度对材料进行处理的方法.该法能改变材料的力学性能, 可在不降低材料强度及硬度的情况下, 显著提高材料的韧性, 使其具有广阔的应用前景。4.1 深冷处理机理深冷处理主要是通过改变材料的微观结构来提高其综合性能，充分发挥材料的潜能。深冷处理的工件在低温环境下微观组织结构会发生变化，宏观上表现为材料的耐磨性，尺寸稳定性，冲击韧性，抗拉强度等力学性能的改善5。深冷处理的许多问题目前还处在研究中，只有不断地去研究去探索我们才能发
16、现许多我们需要的性能。4.2 深冷处理工艺深冷处理一般采用液氮作为制冷剂，它不仅制冷温度低（可达-196），而且经济方便，对环境无污染。以液氮为制冷剂进行深冷处理可分为两种方式。一种是液体法，即液氮浸泡式制冷；另一种方法是气体法4。深冷处理涉及到的关键技术之一就是如何方便、快捷、低廉、可靠且可控地获得低温。因为装置的性能直接影响到深冷处理工艺的进行。如同热处理一样，如果不能保证热处理工艺的合理进行，就难以充分发挥金属材料的潜力，难以达到提高零件质量和延长使用寿命的目的。深冷处理工艺也是如此，要想在实际应用中确保深冷处理技术对处理材料产生预想的效果，就必须保证深冷处理工艺的合理。5 超塑性在金属材料塑性加工中的应用
